Download doc - Info1 Orga2 Compuestos Carbonilicos y Grupo Carboxilico

Laboratorio de Química Orgánica A-II EAP. Química de la UNMSM

COMPUESTOS CARBONILICOS Y GRUPO CARBOXILICO

INTRODUCCIÓN

El presente informe trata sobre los procedimientos experimentales a seguir para

determinar cualitativamente la presencia de una cetona o un aldehído (Grupo carbonilo)

en una muestra desconocida, además de comprobar experimentalmente algunas de sus

propiedades Químicas, físicas (organolépticas) descritas en los marcos teóricos.

RESUMEN

La experiencia se divide en dos partes .La primera parte consiste en las

propiedades físicas de los aldehídos y cetonas donde se reconocen características

organolépticas (color , olor) del Acetaldehído ,Benzaldehido y Acetona ; y

solubilidades de estos con diferentes solventes ( agua , etanol y éter).

La segunda parte consiste en las propiedades químicas de los aldehídos y cetonas .En

la reducción de la solución de fehling se observa como reacciona el formaldehído y

benzaldehido , mientras que la cetona no reacciona . En la reacción de tollens con el

formaldehído se forma de inmediato un espejo de Ag mientras con el benzaldehido y la

acetona no. La reacción con el 2,4- dinitrofenilhidrazina (identificación del grupo

carbonilo) tanto los aldehídos y cetonas reaccionan en medio acido dando compuestos

sólidos de color naranja. La reacción con el permanganato de potasio al 1% se observa

que la cetona no reacciona y los demás si. En la reacción con el halorformo reacciona

solo la acetona.

COMPUESTOS CARBONILICOS Y GRUPO CARBOXILICO Pág. 1 de 22


PARTE TEÓRICA

Aldehídos y cetonas

Aldehídos y cetonas se caracterizan por tener el grupo carbonilo

La fórmula general de los aldehídos es

La fórmula general de las cetonas es

Nomenclatura

Aldehídos

El sistema de nomenclatura corriente consiste en emplear el nombre del alcano correspondiente terminado en -al.

Cuando el grupo CHO es sustituyente se utiliza el prefijo formil-.

También se utiliza el prefijo formil- cuando hay tres o más funciones aldehídos sobre el mismo compuesto .En esos casos se puede utilizar otro sistema de nomenclatura que consiste en dar el nombre de carbaldehído a los grupos CHO (los carbonos de esos CHO no se numeran, se considera que no forman parte de la cadena).Este último sistema es el idóneo para compuestos con grupos CHO unidos directamente a ciclos.

Cetonas

Para nombrar los cetonas tenemos dos alternativas:

1. El nombre del hidrocarburo del que procede terminado en -ona .Como sustituyente debe emplearse el prefijo oxo-.



2. Citar los dos radicales que están unidos al grupo carbonilo por orden alfabético y a continuación la palabra cetona.

Propiedades Físicas

Los compuestos carbonílicos presentan puntos de ebullición más bajos que los alcoholes de su mismo peso molecular. No hay grandes diferencias entre los puntos de ebullición de aldehídos y cetonas de igual peso molecular.

Los compuestos carbonílicos de cadena corta son solubles en agua y a medida que aumenta la longitud de la cadena disminuye la solubilidad.

Síntesis

Ozonólisis de alquenos Tratamiento con KMnO4 en caliente de alquenos. Este método sólo es válido

para la preparación de cetonas. Hidratación de alquinos Hidroboración-oxidación de alquinos Acilación de Friedel-Crafts del Benceno Oxidación de alcoholes

Reacciones

La reacciones de los aldehídos y cetonas son esencialmente de tres tipos; adición nucleofílica, oxidación y reducción.

Adición nucleofílica

Debido a la resonancia del grupo carbonilo

la reacción más importante de aldehídos y cetonas es la reacción de adición nucleofílica cuyo mecanismo es el siguiente:



Siguen este esquema la reacción con hidruros ( NaBH4, LiAlH4 ) donde Nu- = H- y la reacción con organometálicos (RMgLi, RLi) donde Nu- = R-.

Adición nucleofílica de alcoholes

Adición de amina primaria

Adición de Hidroxilamina

Adición de hidracinas

Adición de Ácido Cianhídrico

Oxidación



Reducción

Hidruro

Hidrogenación

Reducción de Clemmensen

Reacción de Wolff-Kishner



DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales

Tubos de Ensayo Pirex.

Gradilla.

Pisceta.

Probeta Graduada de 10 mL

Cocinilla Eléctrica.

Bicker de 250 mL.

Reactivos

Muestras de Estudio:

o Acetaldehído (en algunos casos se usara el Formaldehído).

o Benzaldehido.

o Acetona

Solución de Fehling A – Solución de Sulfato de Cobre.

Solución de Fehling B – Solución alcalina de Tartrato Doble de Sodio y Potasio.

Reactivo de Tollens – Solución de Nitrato de Plata Amoniacal.

Solución de 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina – 2, 4 – DHF.

Permanganato de Potasio.

Acido Sulfúrico.

Hidróxido de Sodio al 5%.

Lugol.

Bicarbonato de Sodio.



Agua Destilada.

Etanol.

Éter.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Propiedades Físicas.

Características Organolépticas:

Se vierte en un tubo de ensayo (diferente para cada muestra) 1mL. De las

muestras en estudio, luego se procede a determinar las características

organolépticas de olor y color. Anote sus apreciaciones.

Solubilidad:

En tres tubos de ensayo coloque 1 mL. de agua destilada luego agregue a cada

uno de los tubos, gota a gota, las tres muestras de estudio. Observe y anote sus

resultados.

Se debe repetir esta experiencia reemplazando el agua por etanol y luego por

éter, e igualmente observe y anote los resultados.

2. Aldehídos y Cetonas.

Reducción de la Solución de Fehling:

Se coloca en un tubo de ensayo en proporciones 1: 1 las soluciones de Fehling A

y Fehling B.



A la solución formada se le añade 1mL. de la muestra de estudio (un tubo de

ensayo para cada muestra).

Se pone a calentar un bicker con agua y se coloca dentro de este, en baño maría

los tres tubos de ensayo hasta ebullición.

Reacción de Tollens:

Colocar en tres tubos de ensayo 1mL. de las muestras de estudio a ensayar;

luego se añade 1mL del reactivo de Tollens.

La reacción positiva depositara en las paredes del tubo de ensayo un espejo de

plata.

Si esto no ocurriese, caliente el tubo de ensayo en baño maría.

Si aun después de calentar no se produjese el espejo de plata tómese la prueba

como negativa.

Reacción con la 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina:

Se disuelve 0.5mL. de cada una de nuestras muestras de estudio con 1 mL. de

etanol en tres tubos de ensayo.

Se agrega gota a gota la solución de 2, 4 – DFH. (10gotas aproximadamente)

Hasta que forme precipitado.

Si no se formara precipitado agregue dos gotas más del reactivo y espere.

Reacción con Permanganato de Potasio al 1%:

En tubo de ensayo que contenga 1mL. de permanganato de potasio al 1% se le

agregan tres gotas de acido sulfúrico concentrado.

Agregue cinco gotas de muestra y se espera la reacción, se repite el mismo

proceso para cada una de las siguientes muestras de estudio.

Reacción con Ácido Concentrado:



Colocar en tubo de ensayo 1mL de acetaldehído y con cuidado agregue dos

gotas de acido sulfúrico concentrado.

Percátese al tacto con el tubo de ensayo si es que hubo algún cambio de

temperatura.

Deje enfriar y añada 3mL. de agua destilada.

Luego de observar los resultados repita la experiencia par la acetona.

Reacción del Haloformo:

En tres tubos de ensayo colocar 0.5 mL de las tres muestras de estudio y agregar

1mL de una solución de hidróxido de Sodio al 5%.

Luego añadir lugol hasta q la coloración de cada uno de los tubos de ensayo se

torne amarilla.

Agite y caliente en un baño de agua aproximadamente por un tiempo de 5

minutos.

3. Ácidos Carboxílicos.

Reacción con el Bicarbonato de Sodio:

Coloque en tubo de ensayo 1mL de ácido benzoico y añada al tubo de ensayo

1mL de bicarbonato de sodio y calentar la solución resultante.



DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1. Propiedades Físicas.

Características Organolépticas:

Color Olor Intensidad de Olor

Formaldehído Incoloro

Agradable

intermedia (irritante)

Benzaldehido Incoloro Mayor

Acetona Incoloro Menor

Solubilidad:

Agua Etanol Éter

Formaldehído Soluble SolubleSoluble (miscibilidad

en proceso)

Benzaldehido Insoluble Soluble Insoluble

Acetona Soluble Soluble Soluble



2. Aldehídos y Cetonas.


Formaldehído:

El reactivo de Fehling (azul) con formaldehído se decolora y se da la formación de un

precipitado de color rojizo. El cual reconocemos como oxido cuproso.

Benzaldehido:

En esta experiencia el benzaldehido teóricamente debería reaccionar con el reactivo de

Fehling, pero esto sucede de forma parcial al ver que la solución que se encuentra en el

tubo de ensayo se enturbia y forma dos fases, pero que no forma un precipitado de

oxido cuproso, esto puede deberse a la deslocalización del anillo o a un problema de

miscibilidad.

Acetona:

La cetona no reacciona ya que en este tubo de ensayo no se ve cambio en la

miscibilidad, ni formación de ningún precipitado, lo que confirma que las cetonas no se

oxidan.

El reactivo de Fehling proporciona a partir de la mezcla de dos soluciones el

ión cúprico, que en medio alcalino se encuentra en forma de un complejo

cupro – tartárico que oxida a los aldehídos pero no a las cetonas. De acuerdo

con la siguiente reacción general:



La formación del precipitado rojo de oxido cuproso es una prueba positiva de

los aldehídos.

Reacción de Tollens:

Formaldehído:

La reacción del formaldehído con el reactivo de Tollens es instantánea sin la necesidad

de suministrar calor al tubo de ensayo.

Benzaldehido:

El benzaldehido al igual que el formaldehído reacciona pero de una manera mas lenta,

pero sin la necesidad de aplicar calor al tubo de ensayo.

Acetona:

En el caso de la acetona esta no reacciona ni rápidamente ni a una velocidad intermedia

por lo cual es necesario aplicarle calor durante un tiempo que aproximadamente fue de 5

minutos pero dando positivo a la formación del espejo de plata.

El reactivo de Tollens contiene el ión plata en forma de un complejo

amoniacal, el ión plata se reduce a plata metálica, formando un espejo de

plata, en la presencia de aldehídos que se oxidan a su vez a sus respectivos

ácidos y que luego forman sales. Las cetonas pueden dar una prueba positiva

siempre y cuando se le de un calentamiento excesivo. Este proceso con el

reactivo de Tollens se expresa mediante la siguiente reacción general:



Reacción con la 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina:

Formaldehído:

Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color amarillo además, la reacción

fue instantánea esto se debe a que no esta presente ningún resto alquímico cuya

densidad electrónica impida o dificulte la reacción.

Benzaldehido:

Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color naranja, esta reacción se ve

dificultada por la nube estérica del anillo bencénico, motivo por el cual hace que este

proceso demore.

Acetona:

Con esta muestra el 2, 4 – DHF da un precipitado de color naranja oscuro casi rosado,

para producir este precipitado se necesito de un exceso en el uso de 2, 4 – DHF.

Tanto los aldehídos como las cetonas se identifican por la formación de 2, 4 –

dinitrofenilhidrazonas, obteniéndose un precipitado, si el producto es amarillo,

esto indica la presencia de un compuesto carbonílico saturado, si se torna de

color naranja indica la presencia de α, β insaturado y si fuese rojo esto indica

que es una cetona o un aldehído aromático. Para la experiencia se cumple la

siguiente reacción general:



Reacción con Permanganato de Potasio al 1%:

Formaldehído:

Con el formaldehído se produce una reacción rápida donde el color de la solución

violeta dada por el permanganato de potasio cambia a marrón, lo que indica una

reducción del Mn+7 a Mn+4 y también indicaría que el aldehído se esta oxidando.

Benzaldehido:

Con el benzaldehido se produce una reacción muy lenta esto se debe particularmente a

la nube estérica del anillo bencénico así como la deslocalización del mismo, al igual que

con el formaldehído el color de la solución violeta dada por el permanganato de potasio

cambia a marrón, lo que indica una reducción del Mn+7 a Mn+4 y también indicaría que

el aldehído se esta oxidando,

Acetona:



En este caso, con la acetona no se produce reacción ya que la coloración no cambia, es

decir se mantiene violeta; esto indica que las cetonas no se oxidan como ya se había

visto al realizar el ensayo con el reactivo de Fehling.

Reacción con Ácido Concentrado:

Acetaldehído:

Al reaccionar con el acido sulfúrico concentrado, se ve un desprendimiento de burbujas

y un leve calentamiento del tubo de ensayo por la formación del paraformaldehído al

agregar el agua este regresa al acetaldehído, esto se debe a que en presencia de

sustancias higroscópicas se pueden obtener acetales por condensación. Como la

reacción es reversible y los aldehídos se recuperan en medio ácido y presencia de agua

esta reacción se utiliza para la protección del grupo funcional.

Acetona:

En este caso no se produce ningún desprendimiento de calor con el acido sulfúrico

concentrado, ni tampoco se produce desprendimiento de burbujas.


Formaldehído:

En este caso el formaldehído no reacciona con hidróxido de sodio, la solución sigue

incolora.



Benzaldehido:

Al hacer reaccionar el benzaldehido con hidróxido de sodio se producen dos fases en el

tubo de ensayo la superior de color rojizo oscuro (cuyo color deducimos que se debe al

lugol) y la fase inferior amarilla.

Acetona:

En el caso de la acetona esta reacciona por completo con el hidróxido de sodio y el

lugol, el tubo se ve completamente amarillo y después de sometérsele a calor este no

decolora.

El carácter ácido de los hidrógenos alfas se utiliza en la reacción del

haloformo que es producida por las metilcetonas. Cuando tales compuestos se

tratan con halógeno y base fuerte, se obtiene un compuesto trihalometano.

Usando yodo como halógeno, el

Trihalometano formado es un precipitado amarillo de olor característico

llamado Yodoformo. Se conocen el cloroformo, bromoformo y yodoformo, de

aquí el nombre de Haloformo. Se rigen bajo la siguiente reacción general:

CH3 -CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O



3. Ácidos Carboxílicos.


Al hacer reaccionar el acido acético con el bicarbonato de sodio se puede ver el

desprendimiento de un gas y efervescencia, reconocemos este gas como gas de dióxido

de carbono.

Esta reacción tiene como fundamento la siguiente reacción general:

NaHCO3 + HAc NaAc + CO2 + H2O

Donde Ac es la base conjugada del acido.

REACCIONES QUIMICAS


Formaldehído:


+ NaOH + CH3CHO CH3COONa + Cu2O ↓ +


Benzaldehído:

Acetona:

No se Produce Reacción

Reactivo de Tollens:

Formación del reactivo de Tollens:

AgNO3 + NH4OH Ag (NH3) OH

Formaldehído:

CH3 – CHO + Ag (NH3) OH CH3COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Benzaldehído:

Φ – CHO + Ag (NH3) OH Φ COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Acetona:

CH3 – CO – CH3 + Ag (NH3) OH CH3CH2COOH + NH3 + Ag0 + H2O

Reacción con 2, 4 – Dinitrofenilhidrazina:

Formaldehído:

CH3 – CHO + H2NNC6H3 (NO2)2 CH3CH=NNC6H3 (NO2)2 + H2O


+ NaOH + ΦCHO ΦCOONa + Cu2O ↓ +


Benzaldehído:

Φ – CHO + H2NNC6H3 (NO2)2 Φ CH=NNC6H3 (NO2)2 + H2O

Acetona:

CH3 – CO – CH3 + H2NNC6H3 (NO2)2 CH3CH2CH = NNC6H3 (NO2)2 + H2O


Formaldehído:

CH3 -CO-H + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ HI +3NaI + H2O

Benzaldehído:

Φ-CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH Φ-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O

Acetona:

CH3 -CO-CH3 + 3I2 + 4NaOH CH3-COONa+ CHI3 +3NaI + H2O


NaHCO3 + CH3COOH CH3COONa + CO2 + H2O



CONCLUSIONES

1. El aspecto físico y las solubilidades de las muestras de Formaldehído, Benzaldehído

y Cetona concuerdan con los datos teóricos.

2. La solución de Fehling (Cu2+) es un oxidante débil y podemos emplearlo para

diferenciar un aldehído alifático de un aldehído aromático; ó también diferenciar un

aldehído alifático de una cetona.

En el experimento el licor de Fehling reacciona únicamente con la muestra de

Formaldehído dando un precipitado rojo de Oxido de cobre II, mientras que las

muestras de Benzaldehído y Acetona no reaccionan.

3. El reactivo de Tollens (Ag+) es un oxidante débil que se emplea para determinar

selectivamente la presencia de un aldehído. El reactivo de Tollens reacciona con un



aldehído precipitando plata metálica (espejo de plata) ó formando un precipitado

negro de plata.

Durante la práctica, la formación inmediata de un espejo de plata para la muestra de

Formaldehído; y el precipitado negro de plata para la muestra de Benzaldehído (con

el posterior baño maría).

4. La 2,4-dinitrofenilhidrazina reacciona con las cetonas y aldehídos (Grupo carbonilo)

para dar compuestos sólidos de color amarillo ó anaranjado.

Las muestras analizadas durante la práctica forman precipitados de color anaranjado

comprobándose los datos mencionados.

5. Los aldehídos son compuestos fácilmente oxidables con oxidantes comunes, esto no

ocurre con las cetonas que son más estables a la oxidación; esto se demuestra en el

ensayo con Permanganato de potasio al 1% que oxida las muestras de Formaldehído

y Benzaldehido, pero no la de Acetona.

6. La reacción del Yodoformo, que emplea Lugol y NaOH, se emplea para determinar

la presencia de Metilcetonas, que dan un precipitado cristalino de Yodoformo, esto

claramente se observa en la parte experimental al tratar la muestra de Acetona.

7. Haciendo reaccionar Bicarbonato de sodio con un Ácido carboxílico podemos

determinar la presencia de este, al observar como se desprende de este, burbujas de

gas CO2.

RECOMENDACIONES, PROPÌEDADES Y USOS

Formaldehído: es un gas incoloro, que tiene propiedades antisépticas. Es muy soluble en agua y una solución al 37% es llamada formalina. La formalina mata bacterias, es usado como desinfectante y preservante de piel.

Acetona y metiletilcetona son utilizados como solventes. La metadona una molécula más compleja tiene propiedades analgésicas. Se usa como substituto de la morfina y en el tratamiento en la adicción de heroína.

Aldehídos y cetonas naturales los encontramos como: los azucares son polihidroxialdehídos o cetonas; la vitamina K poseen la estructura de una cetona.



Muchos aldehídos y cetonas tienen olor y sabor agradable: vainillina, benzaldehído. Se usan en la industria de alimentos.

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